DE102007062633A1

DE102007062633A1 - Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen

Info

Publication number: DE102007062633A1
Application number: DE102007062633A
Authority: DE
Inventors: Jochen Schmitt
Original assignee: Sensitec GmbH
Current assignee: Sensitec GmbH
Priority date: 2007-12-22
Filing date: 2007-12-22
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-23
Also published as: EP2223128A1; US8680856B2; EP2223128B1; US20100264905A1; DE102007062633B4; WO2009080286A1

Abstract

In einer Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen, die in zwei parallel angeordneten Primärleitern (13, 14) in zueinander entgegengesetzter Richtung fließen, wird das magnetische Differenzfeld mittels eines Differenzfeldsensors (12) erfasst. Zur Herabsetzung von Messfehlern sind die Primärleiter (13, 14) und der Differenzfeldsensor (12) zwischen zwei Metallteilen angeordnet, die als Abschirmbleche (1, 2) aus hochpermeablem Material mit jeweils einem Steg (3 bzw. 6) ausgebildet sind. Die Stege (3, 6) erstrecken sich beidseitig der Anordnung der Primärleiter (13, 14) im Wesentlichen in deren Richtung parallel zu dieser. Wenigstens eines der Abschirmbleche (1, 2) ist in Querschnittsebenen U-förmig mit jeweils einem Paar Schenkeln (4, 5; 7, 8) geformt, die sich in einer Längsrichtung rechtwinklig zu den U-förmigen Querschnittsebenen erstrecken. Die beiden Abschirmbleche (1, 2) sind so zueinander angeordnet, dass das wenigstens eine Schenkelpaar (4, 5; 7, 8) eines der beiden Abschirmbleche (1, 2) unter Freilassung je eines Luftspalts (9, 10) an einem der beiden Schenkel (4, 5; 7, 8) auf das andere der beiden Abschirmbleche (1, 2) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige bekannte Anordnungen messen Ströme durch Erfassen eines magnetischen Differenzfelds bzw. Magnetfeldgradienten, der durch einen Strom durch eine im Wesentlichen U-förmige Leitereinheit erzeugt wird, deren Schenkel als Primärleiter bezeichnet werden können ( WO 00/11482 , DE 4300605 C2 , US 5548208 ).
Das magnetische Differenzfeld bzw. der Magnetfeldgradient durchsetzt einen Differenzfeldsensor bzw. ein Gradiometer, der bzw. das eine dem magnetischen Differenzfeld bzw. Magnetfeldgradienten entsprechende Signalspannung erzeugt, ohne mit dem Primärstromkreis galvanisch verbunden zu sein. Damit wird ein Messsystem ohne aufwendige magnetische Flussführung angestrebt, in dem der Einfluss von magnetischen Störfeldern gleichwohl minimiert ist.
Als geeignete Differenzfeldsensoren können insbesondere Sensoren auf der Basis magnetoresistiver Effekte wie des anisotopen magnetoresistiven Effekts (AMR) oder des gigantischen magnetoresistiven Effekts (GMR) dienen. Denkbar sind auch derartige Sensorsysteme auf der Grundlage des kolossalen magnetoresistiven Effekts (CMR) oder des tunnelmagnetoresistiven Effekts (TMR).
Bei Anordnungen zum potentialfreien Messen von Strömen der eingangs genannten Gattung wird, wie oben erwähnt, angestrebt, eine Empfindlichkeit gegenüber äußeren magnetischen Störfeldern, welche die Erfassung des für die Messung relevanten magnetischen Differenzfelds bzw. Feldgradienten stören können, herabzusetzen. Die äußeren magnetischen Felder können u. a. durch Wirbelströme hervorgerufen werden, die ihrerseits von dem Magnetfeld des zu messenden Stroms, der als Primärstrom bezeichnet wird, in benachbarten Metallteilen induziert werden. Um die dadurch verursachten frequenzabhängigen Messfehler herabzusetzen, ist es bereits bekannt, in einer Anordnung des eingangs genannten Gattung die Querschnittsfläche und -form sowie die Materialauswahl der Primärleiter und ihren Abstand von gegebenenfalls speziell geformten benachbarten Metallteilen und den verwendeten magnetfeldempfindlichen Messgeräten, insbesondere Sensoren, so abzustimmen, dass sich die Einflüsse verschiedener elektrodynamischer Effekte, insbesondere der Induktion von Wirbelströmen in den benachbarten Metallteilen, gegenseitig weitgehend kompensieren ( DE 19819470 A1 , insbesondere 4). Im Einzelnen ist eine solche Anordnung mit einer U-förmig ausgeführten Leitereinheit realisiert, auf der eine dielektrische Platte befestigt ist, die ein Magnetfeldmessgerät trägt und eine galvanische Trennung herbeiführt. Oberhalb und unterhalb dieser Anordnung befinden sich die oben erwähnten benachbarten Metallteile, insbesondere Platten, in vorbestimmtem Abstand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen der eingangs genannten Gattung den Einfluss äußerer Störfelder auf die Erfassung des magnetischen Differenzfelds bzw. Feldgradienten von zwei im Wesentlichen parallelen Primärleitern in technisch wenig aufwendiger Weise noch weiter herabzusetzen und mit den hierzu einzusetzenden Mitteln einen technischen Zusatznutzen zu erzielen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten beiden Metallteile als Abschirmbleche aus hochpermeablem Material, von denen wenigstens eines in Querschnittsebenen im Wesentlichen U-förmig mit jeweils einem Paar Schenkeln ausgebildet sind, die sich in einer Längsrichtung rechtwinklig zu den U-förmigen Querschnittsebenen erstrecken, wobei die beiden Abschirmbleche so zueinander angeordnet sind, dass das wenigstens eine Schenkelpaar eines der beiden Abschirmbleche unter Freilassung je eines Luftspalts an einem der beiden Schenkel auf das andere der beiden Abschirmbleche ausgerichtet ist, und wobei sich die Primärleiter in Längsrichtung der Schenkel erstrecken, wird eine sehr gute Abschirmung des Differenzfeldsensors, der sich wie die Primärleiter innerhalb des von den Abschirmblechen eingeschlossenen Raums befindet, gegen äußere magnetische Störfelder erzielt. Trotzdem werden die von den Primärleitern ausgehenden magnetischen Feldgradienten, die von dem Differenzfeldsensor erfasst werden, nicht sehr abgeschwächt, da die beiden Abschirmbleche keinen vollständig geschlossenen Magnetkreis um die Primärleiter bilden. Die Dimensionierung der Abschirmbleche, die entsprechend den Merkmalen des Anspruchs ausgebildet und angeordnet sind, können durch einfache Versuche bzw. Simulationsrechnungen des Feldverlaufs, insbesondere an der Stelle des Differenzfeldsensors, ermittelt werden.
Hiermit kann weiterhin als Zusatznutzen die Messempfindlichkeit bzw. der Messbereich der Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen eingestellt werden, und zwar durch Variation der Luftspalte und/oder der Abmessungen, insbesondere der Dicke der Abschirmbleche.
In einer wirkungsvollen Variante der erfindungsgemäßen Anordnung sind beide Abschirmbleche mit jeweils einem Paar Schenkel geformt, zwischen denen sich jeweils einer der Stege befindet, und diese beiden Abschirmbleche sind so zueinander angeordnet, dass die beiden Schenkelpaare der Abschirmbleche unter Freilassung je eines Luftspalts zwischen zwei der Schenkel aufeinander ausgerichtet sind.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und deren Variante kann die Messaufgabe gelöst werden, einen Strom durch eine U-förmige Leitereinheit gemäß Anspruch 8 zu messen, der in zwei parallelen Schenkeln der U-förmigen Leitereinheit, die Primärleiter darstellen, in entgegen gesetzter Richtung fließt. Insbesondere eignet sich die Anordnung zur Messung großer Ströme, beispielsweise in einem Strommessbereich von 2000 A, wobei die Messung durch magnetische Störfelder, die ansonsten bei hohen Primärströmen entstehen, nicht verfälscht wird.
Es kann aber auch eine zweite Messaufgabe gemäß Anspruch 9 erfüllt werden, bei der eine Differenz von zwei Strömen in zwei Primärleitern zu messen ist, die ein Hinleiter und ein Rückleiter eines elektrischen Verbrauchers sind, um eventuelle Fehlerströme in dem Verbraucher – einem Gerät oder Aufbau – zu detektieren. Bei der letztgenannten Messaufgabe ist eine Abschirmung externer magnetischer Störfelder besonders geboten, da der magnetische Feldgradient, der aus den Primärströmen in dem Hin- und Rückleiter resultiert, gering ist.
Bei beiden oben genannten Konfigurationen der Primärleiter sind diese gemäß Anspruch 3 im Wesentlichen zwischen den Schenkeln eines der beiden Abschirmbleche angeordnet, woraus eine kompakte Ausbildung der gesamte Messanordnung mit dem Differenzfeldsensor resultiert, dessen wirksame Sensorebene bevorzugt gemäß Anspruch 4 außerhalb der Schenkel des Abschirmblechs liegt, zwischen denen die Primärleiter angeordnet sind. Damit kann auch eine hohe Messempfindlichkeit erzielt werden, ohne das von dem Differenzfeldsensor erfasste magnetische Differenzfeld bzw. den Feldgradienten erheblich zu schwächen.
In einer Grundanordnung zum potentialfreien Messen von Strömen gemäß Anspruch 5 sind die Schenkel der beiden Abschirmbleche gleich lang und die beiden Abschirmbleche sind symmetrisch zu einer wirksamen Sensorebene angeordnet.
Die wirksame Sensorebene ist die Ebene des Differenzfeldsensors, in der die Umwandlung des Differenzfelds bzw. magnetischen Feldgradienten in eine Signalspannung erfolgt, also z. B. die magnetoresistive Schicht und nicht das Substrat bzw. der Träger des Sensors.
In einer modifizierten und platzoptimierten Gesamtanordnung gemäß Anspruch 6 sind zwar auch die Schenkel jeweils eines der Abschirmbleche gleich lang, die Schenkelpaare der Abschirmbleche weisen jedoch unterschiedliche Länge auf, so dass das eine Abschirmblech zwei gleich lange kürzere Schenkel hat und das andere Abschirmblech zwei gleich lange längere Schenkel. Die Primärleiter sind im Wesentlichen zwischen den längeren Schenkeln des entsprechenden Abschirmblechs angeordnet. Dies bedeutet, dass die Luftspalte unsymmetrisch zu einer Mittelebene angeordnet sind, die in der Mitte der Anordnung der beiden Abschirmbleche parallel zu deren Stegen liegt. Desgleichen ist die wirksame Sensorebene gegenüber der genannten Mittelebene verschoben. Die Stege sind vorzugsweise plane Abschnitte der Abschirmbleche, welche an ihnen rechtwinklig abgebogene Schenkel verbinden.
Sowohl bei der Grundanordnung als auch bei der modifizierten Anordnung erstrecken sich die Abschirmbleche in Längsrichtung ihrer Schenkel im Wesentlichen über den Differenzfeldsensor, um diesen gegenüber äußeren magnetischen Störfeldern wirksam abzuschirmen. Die Längsrichtung der Schenkel der Abschirmbleche verläuft parallel zu der Stromrichtung in den Primärleitern.
In dem Fall, in dem die beiden Primärleiter Bestandteile einer U-förmigen Leitereinheit sind, erstrecken sich die Abschirmbleche gemäß Anspruch 10 zur guten Abschirmung des Differenzfeldsensors gegenüber externen magnetischen Störfeldern zweckmäßig in Längsrichtung ihrer Schenkel im Wesentlichen über die Länge der Schenkel der U-förmigen Leitereinheit.
Die Abschirmbleche aus hochvariablem Material können typisch aus Mu-Metall gemäß Anspruch 11 bestehen oder Elektrobleche gemäß Anspruch 12 sein, um bei richtiger Positionierung der Schenkel der Abschirmbleche durch äußere homogene oder inhomogene Magnetfelder praktisch keinen Magnetfeldgradienten in der wirksamen Sensorebene entstehen zu lassen, und zwar weitgehend unabhängig von der Einwirkungsrichtung der Störfelder von außen auf die beiden Abschirmbleche. Dies bedeutet auch, dass ein inhomogenes Magnetfeld, welches von einem Leiter ausgeht, der außerhalb zu der Anordnung der beiden Abschirmbleche zu diesen benachbart ist, sich nicht störend auf den Differenzfeldsensor innerhalb der Abschirmblechanordnung auswirkt.
Wir oben erwähnt, kann durch Positionierung der Luftspalte und/oder Veränderung der Abmessungen der Abschirmbleche die Messempfindlichkeit bzw. der Messbereich der Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen umgestellt bzw. verändert werden. Eine zusätzliche, besonders praktikable Möglichkeit zur Einstellung des Messbereichs besteht darin, dass gemäß Anspruch 13 wenigstens ein weichmagnetisches Einlegeteil, welches als Einlegestift bzw. Einlegestreifen ausgebildet ist, innerhalb der bei den Abschirmbleche angeordnet ist, um das magnetische Differenzfeld in der wirksamen Sensorebene zu beeinflussen.
Hierzu kann das wenigstens eine Einlegeteil zwischen der wirksamen Sensorebene und den Primärleitern gemäß Anspruch 14 angeordnet sein. Insbesondere können zwei Primärleiter, die außerhalb des magnetfeldempfindlichen Bereichs des Differenzfeldsensors angeordnet sind, das zur Strommessung maßgebliche Magnetfeld im Vergleich zu einer Anordnung ohne Anlegeteile schwächen. Ist hingegen wenigstens ein Einlegeteil an dem magnetfeldempfindlichen Bereich des Differenzfeldsensors, zwischen diesem und den beiden Primärleitern angeordnet, so wird die Messempfindlichkeit erhöht. Damit kann eine Basisanordnung, die den Differenzfeldsensor und die Primärleiter innerhalb der Abschirmbleche umfasst, durch einfach zu handhabende zusätzliche Einlegeteile an gewünschte unterschiedliche Messbereiche angepasst werden, so z. B. für Messbereiche von 50 bis 2000 A. Zusätzlich zu der Positionierung des Einlegeteils bzw. der Einlegeteile ist in der Regel die Lage der Luftspalte zu modifizieren. Hierzu sind die Luftspalte gemäß Anspruch 18 einstellbar.
Typische Varianten der Positionierung der Einlegeteile sind in den Ansprüchen 15 bis 17 angegeben.
Generell ist bei einer Anordnung wenigstens eines Einlegeteils entweder zwischen der wirksamen Sensorebene und den Primärleitern oder zwischen der wirksamen Sensorebene und dem am nächsten benachbarten Abschirmblech die Wirkung des wenigstens einen Einlegeteils auf die Messempfindlichkeit bzw. den Messbereich am stärksten ausgeprägt.
Mit dem wenigstens einen Einlegeteil kann gegebenenfalls in Verbindung mit einer Einstellung der Luftspalte bei ansonsten beibehaltenem Grundauf bau der Anordnung der Abschirmbleche, der Primärleiter und des Differenzfeldsensors in der wirksamen Sensorebene ein Messbereich von beispielsweise zwischen 50 bis 2000 A eingestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen werden nachfolgend anhand von fünf Figuren erläutert, woraus sich weitere Einzelheiten insbesondere hinsichtlich der räumlich-geometrischen Anordnung der Komponenten der Anordnung ergeben. Es zeigen:
1 eine Grundanordnung in einem Querschnitt,
2 eine modifizierte Anordnung, ebenfalls in einem Querschnitt,
3 eine zweite modifizierte Anordnung mit Einlegeteilen, ebenfalls in einem Querschnitt, und
4 eine dritte modifizierte Anordnung mit einem Einlegeteil in einem Querschnitt und
5 eine vierte modifizierte Anordnung ohne Einlegeteil in einem Querschnitt.
In der Grundanordnung gemäß 1 sind ein erstes Abschirmblech 1 und ein zweites Abschirmblech 2 aus hochpermeablem Material annähernd U-förmig gebogen. Demgemäß stehen von einem annähernd ebenen Steg 3 des ersten Abschirmblechs 1 zwei Schenkel 4, 5 ab und von einem in Wesentlichen planen Steg 6 des zweiten Abschirmblechs 2 zwei Schenkel 7 und 8. Die beiden Abschirmbleche 1, 2 sind so zueinander angeordnet, dass ihre Schenkel 4, 5 bzw. 7, 8 aufeinander gerichtet sind, d. h. miteinander fluchten, und zwar unter Freilassung je eines Luftspalts 9 bzw. 10. Die Anordnung der beiden Abschirmbleche 1, 2 ist symmetrisch zu einer wirksamen Sensorebene 11, in der eine wirksame Schicht eines Differenzfeldsensors 12 liegt. Der Differenzfeldsensor 12 kann durch einen isolierenden Hal ter, der nicht dargestellt ist, gegenüber zwei Primärleitern 13, 14 potentialfrei fixiert werden.
Die beiden Primärleiter 13, 14 können, wie im einzelnen in 1 nicht dargestellt, Schenkel einer im Wesentlichen U-förmigen Leitereinheit sein, die in Längsrichtung (d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene) parallel zu den Abschirmblechen 2, 3 und der wirksamen Sensorebene 11 verlaufen. Die Ausdehnung dieser Schenkel in Längsrichtung und die Erstreckung der Schenkel 4, 5, 7, 8 der Abschirmbleche 1, 2, ebenfalls in Längsrichtung, ist dabei im Wesentlichen identisch. Somit werden die Schenkel bzw. Primärleiter 13, 14 zwischen den Abschirmblechen 1, 2 eingeschlossen. Der Differenzfeldsensor erstreckt sich innerhalb dieser Anordnung in Längsrichtung höchstens so weit wie die Schenkel 4, 5, 7, 8 der Abschirmbleche 1, 2.
Bei dieser symmetrischen Anordnung der Abschirmbleche 1, 2 ist der Raum zwischen den Schenkeln 7, 8 des unteren Abschirmblechs 2 durch Aufnahme der Primärleiter 13, 14 zwischen den Schenkeln 7, 8 genutzt, wogegen das Innere des oberen Abschirmblechs 1 zwischen den Schenkeln 4, 5 frei bleibt, also insofern nicht zur Unterbringung von Komponenten der Anordnung dient.
Eine erste modifizierte und damit platzoptimierte Anordnung ist in 2 gezeigt. Sie unterscheidet sich von der symmetrischen Anordnung gemäß 1 dadurch, dass ein erstes Abschirmblech 15 und ein zweites Abschirmblech 16 unterschiedlich ausgebildet sind, so dass Schenkel 17, 18 des ersten Abschirmblechs zwar untereinander gleich, jedoch kürzer als Schenkel 19, 20 des zweiten Abschirmblechs 16 sind, wobei die Länge der beiden Schenkel 19, 20 gleich ist. Da die fluchtende Anordnung der Schenkel 17, 18 mit den Schenkeln 19, 20, die grundsätzlich wie in der Grundanordnung nach 1 positioniert sind, wirkt sich dies dahingehend aus, dass Luftspalte 21, 22 zwischen den Schenkeln 17, 19 bzw. 18, 20 in der Anordnung relativ höher liegen als in der Anordnung nach 1. Desgleichen ist die wirksame Sensorebene 23 des Differenzfeldsensors 24 nach oben versetzt.
Sowohl in der Ausführungsform gemäß 1 als auch in der nach 2 befindet sich die Sensorebene außerhalb der Schenkel 7, 8 bzw. 19, 20 des zweiten, unteren Abschirmblechs 2 bzw. 16. Die Schenkel 19, 20 schließen wiederum zwei Primärleiter 25, 26 ein, die über diese Schenkel hinausragen können.
Die beiden Primärleiter 25, 26 können wiederum in Form einer im Wesentlichen U-förmigen Leitereinheit realisiert sein.
Grundsätzlich können die beiden Primärleiter in sämtlichen gezeigten Ausführungsformen der Anordnung aber auch getrennte Hin- und Rückleiter eines elektrischen Verbrauchers sein.
In den Ausführungsformen gemäß den 3 und 4 sind Beispiele der Positionierung von weichmagnetischen Einlegeteilen in dem von zwei Abschirmblechen 27, 28 in 3 bzw. 29, 30 in 4 umschlossenen Räumen von Anordnungen zum potentialfreien Messen von Strömen dargestellt. Die Einlegeteile sind mit 31–33 bezeichnet. Sie erstrecken sich jeweils in Längsrichtung der Anordnung senkrecht zur Zeichnungsebene im Wesentlichen in gleicher Länge wie die Abschirmbleche 27–30.
Mehr im Einzelnen ist in der Ausführungsform gemäß 3 jeweils ein Einlegeteil 31 bzw. 32 zwischen einem der beiden Primärleiter 34, 35 und der wirksamen Sensorebene 36 eines Differenzfeldsensors 37 angeordnet.
In der Ausführungsform gemäß 4 ist hingegen nur das eine Einlegeteil 33 symmetrisch zu einer in 4 vertikalen Mittelebene 38 positioniert.
In beiden Ausführungsformen nach den 3 und 4 kann durch die Einlegeteile 31–33 die Messempfindlichkeit bzw. der Messbereich eingestellt werden, wobei weiterhin regelmäßig die Position der Luftspalte 39, 40 bzw. 41, 42 eingestellt wird.
Die Ausführungsform gemäß 3 führt zu einer Abschwächung des magnetischen Differenzfelds bzw. Feldgradienten in der wirksamen Sensorebene 36, die Ausführungsform gemäß 4 hingegen zu einer Verstärkung des magnetischen Differenzfelds bzw. Feldgradienten, wodurch die Messempfindlichkeit erhöht und der Messbereich verringert wird.
Die Einlegeteile können insbesondere aus Mu-Metall bestehen.
Die in 5 dargestellte vierte modifizierte, vereinfachte Anordnung ist wie z. B. die erste modifizierte Anordnung zu einer in der Zeichnung nicht dargestellten waagerechten Ebene, insbesondere der wirksamen Sensorebene, unsymmetrisch, und zwar noch weitgehender unsymmetrisch als die modifizierte Anordnung gemäß 2, da nur das zweite Abschirmblech 16' mit zwei Schenkeln 19', 20' ausgebildet ist. Hingegen ist das erste Abschirmblech 15' fertigungsgünstig nur plan quasi als Steg ohne Schenkel ausgebildet. Luftspalte 21', 22' sind in dieser Anordnung zwischen je einem der Schenkel 19', 20' des zweiten Abschirmblechs 16' einerseits und dem ersten Abschirmblech 15' andererseits ausgebildet, sie befinden sich also an den freien Enden der Schenkel 19', 20'.
Die Schenkel 19', 20' schließen auch in dieser Anordnung zwei zueinanderparallele Primärleiter 25', 26' ein, und zwar so, dass über den Primärleitern 25', 26' Raum für den Differenzfeldsensor 24' vorhanden bleibt. Die in 5 nicht eingezeichnete wirksame Sensorebene liegt hier geschützt tiefer als die Enden der Schenkel 19', 20'.
Zu der weiter oben beschriebenen Einstellung des Messbereichs kann auch die Ausführungsform gemäß 5 mit einem Einlegeteil oder zwei Einlegeteilen ausgestattet werden.

1: 1. Abschirmblech
2: 2. Abschirmblech
3: Steg
4: Schenkel
5: Schenkel
6: Steg
7: Schenkel
8: Schenkel
9: Luftspalt
10: Luftspalt
11: wirksame Sensorebene
12: Differenzfeldsensor
13: Primärleiter
14: Primärleiter
15, 15': 1. Abschirmblech
16, 16': 2. Abschirmblech
17: Schenkel
18: Schenkel
19, 19': Schenkel
20, 20': Schenkel
21, 21': Luftspalt
22, 22': Luftspalt
23: wirksame Sensorebene
24, 24': Differenzfeldsensor
25, 25': Primärleiter
26, 26': Primärleiter
27: 1. Abschirmblech
28: 2. Abschirmblech
29: 1. Abschirmblech
30: 2. Abschirmblech
31: Einlegeteil
32: Einlegeteil
33: Einlegeteil
34: Primärleiter
35: Primärleiter
36: wirksame Sensorebene
37: Differenzfeldsensor
38: vertikale Mittelebene
39: Luftspalt
40: Luftspalt
41: Luftspalt
42: Luftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 00/11482 [0002]
- DE 4300605 C2 [0002]
- US 5548208 [0002]
- DE 19819470 A1 [0005]

Claims

Anordnung zum potentialfreien Messen von Strömen, die in zwei im Wesentlichen parallel angeordneten Primärleitern (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) in zueinander entgegengesetzter Richtung fließen, durch Erfassen des magnetischen Differenzfelds mittels eines Differenzfeldsensors (12, 24, 24', 37), wobei zur Herabsetzung von Messfehlern die Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) und der Differenzfeldsensor (12, 24, 24', 37) zwischen zwei Metallteilen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallteile als Abschirmblechen (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30), aus hochpermeablem Material mit jeweils einem Steg (3 bzw. 6) ausgebildet sind, dass sich die Stege (3, 6) beidseitig der Anordnung der Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) im wesentlichen in deren Richtung parallel zu der Anordnung der Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) erstrecken, dass wenigstens eines der Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) in Querschnittsebenen im Wesentlichen U-förmig mit jeweils einem Paar Schenkeln (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') geformt ist, die sich in einer Längsrichtung rechtwinklig zu den U-förmigen Querschnittsebenen erstrecken, dass die beiden Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) so zueinander angeordnet sind, dass das wenigstens eine Schenkelpaar (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') eines der beiden Ab schirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) unter Freilassung je eines Luftspalts (9, 10; 21, 22; 21', 22'; 39, 40) an einem der beiden Schenkel (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') auf das andere der beiden Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) ausgerichtet ist, und dass sich die Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) in Längsrichtung der Schenkel (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 27–30) mit jeweils einem Paar Schenkeln (4, 5; 7, 8; 17–20) geformt sind zwischen denen sich jeweils einer der Stege (3, 6) befindet, und dass die Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 27–30) so zueinander angeordnet sind, dass die beiden Schenkelpaare (4, 5; 7, 8; 17–20) der Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 27–30) unter Freilassung je eines Luftspalts (9, 10; 21, 22; 39, 40) zwischen zwei der Schenkel (4, 5; 7, 8; 17–20) aufeinander ausgerichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) im Wesentlichen zwischen den Schenkeln (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') eines der beiden Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Sensorebene (11, 23, 36) außerhalb der Schenkel (7, 8, 19–20) des Abschirmblechs (2, 16, 28, 30) liegt, zwischen denen die Primärleiter (13, 14, 25, 26, 35, 36) angeordnet sind.
Anordnung nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (4, 5; 7, 8; 17–20) der beiden Abschirmbleche (1, 2, 15, 16, 27–30) gleich lang sind und dass die beiden Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 27–30) symmetrisch zu einer wirksamen Sensorebene (11, 23, 36) angeordnet sind.
Anordnung nach den Ansprüchen 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (17, 18; 19, 20) jeweils eines der Abschirmbleche (15, 16) gleich lang sind, dass die Schenkelpaare (4, 5; 19, 20) der Abschirmbleche (15, 16) unterschiedliche Länge aufweisen und dass die Primärleiter (25, 26) im Wesentlichen zwischen den längeren Schenkeln (19, 20) eines der beiden Abschirmbleche (15, 16) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) in Längsrichtung ihrer Schenkel (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') im Wesentlichen über den Differenzfeldsensor (12, 24, 24', 36) erstrecken.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden parallelen Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 34, 35) Schenkel einer im Wesentlichen U-förmigen Leitereinheit sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden parallelen Primärleiter (13, 14; 25, 26; 25', 26'; 35, 36) Hin- und Rückleiter eines elektrischen Verbrauchers sind.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) in Längsrichtung ihrer Schenkel (4, 5, 7, 17–20) im Wesentlichen über die Länge der Schenkel (4, 5; 7, 8; 17–20; 19', 20') der U-förmigen Leitereinheit in Stromrichtung erstrecken.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 15', 16'; 27–30) aus Mu-Metall bestehen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmbleche Elektrobleche sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des magnetischen Differenzfelds in der wirksamen Sensorebene (11, 23, 36) wenigstens ein weichmagnetisches Einlegeteil (31–33) dient, das innerhalb der beiden Abschirmbleche (1, 2; 15, 16; 27–30) angeordnet ist
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Einlegeteil (31–33) zwischen der wirksamen Sensorebene (11, 23, 36) und den Primärleitern (13, 14; 25, 26; 34, 35) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem der Primärleiter (34, 35) und der wirksamen Sensorebene (36) je ein Einlegeteil (31 bzw. 32) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen beiden Primärleitern (34, 35) und der wirksamen Sensorebene (36) nur ein Einlegeteil (33) symmetrisch zu einer Mittenebene (38) zwischen den Primärleitern (34, 35) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Einlegeteil zwischen der aktiven Sensorebene und dem am nächsten benachbarten Abschirmblech angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftspalte (39–42) an beziehungsweise zwischen den Schenkeln der Abschirmbleche (27, 28; 29, 30) einstellbar sind.